Big Bang HTL 4, Schulbuch

86 Thermodynamik und moderne Physik (IV. Jg., 8. Sem.) Du strampelst auf einem Fahrradergometer. Das Display zeigt 100 W an. Stelle eine Hypothese auf, wie viele Watt du in diesem Moment leistest. Sind es tatsächlich 100 W? L Schätze ab, ob man sich von Licht ernähren kann! Nimm dazu an, dass Lichtatmer in der Lage sind, in der Haut Photosynthese ablaufen zu lassen. Für deine Rechnung brauchst du die Strahlungsleistung der Sonne, die am Boden ankommt (günstiger Wert: 300W/m 2 ). Weiters musst du die Körperoberfläche des Menschen schätzen und du benötigst den Wirkungs- grad der Photosynthese, der etwa bei 1% liegt. L a Die Leistung beim Gehen kann man physikalisch recht gut abschätzen. Es ist nämlich so, dass bei jedem Schritt der Körperschwerpunkt ein wenig gehoben wird (Abb. 7.11). Man schaukelt also etwas auf und ab. Natürlich gibt es sehr unterschiedliche Gehstile, aber gehe für deine Überlegungen von einer Hebung um 3 cm aus. Nimm eine Person mit 60 bzw. 80 kg an, schätze die Schrittlänge mit 70 cm ab und nimm ein gemächliches Tempo von 1m/s (3,6 km/h) bzw. ein sehr zügiges Tempo von 2m/s an (7,2 km/h). Berechne mit diesen Werten die Leistung beim Gehen. L b Diskutiere, ob es sich bei der berechneten Leistung um eine Brutto- oder eine Nettoleistung handelt (siehe F12 ). L a Du hast eine mit 2dm 3 Luft gefüllte Box mit 0 °C unter normalem Druck. Berechne die Wahrscheinlichkeit, dass sich alle Moleküle in der linken Hälfte befinden. Ein Mol Luft hat bei diesen Bedingungen ein Volumen von 22,4 l. Ein Mol hat immer 6 · 10 23 Teilchen. L b Rechne die bei b gefundene Zahl auf die Basis 10 um. Es gilt 2 x = 10 log2·x . Überlege, wie viele Nullen die Zahl hat. Diskutiere, ob man sich diese Zahl vorstellen kann. L c Nimm an, du schreibst die Lösungszahl aus F15 b mit allen Nullen auf. Überlege, ob das realistisch ist. Nimm an, du schreibst 2 Nullen pro Zentimeter. Berechne, wie lange die Zahl wäre. Berechne, wie lange das Licht von einem Ende der Zahl zum anderen benötigen würde. Die Lichtgeschwindigkeit c beträgt 3 · 10 8 m/s. L d Wenn man nun die Teilchenzahl immer mehr erhöht und die Wahrscheinlichkeitsverteilung berechnet, dann ergibt sich eine sogenannte Gauß’sche Glockenkurve – benannt nach dem „Fürst der Mathematiker“ Carl Friedrich Gauß. Interpretiere Abb. 7.12. L Abb. 7.12: Wahrscheinlichkeitsverteilung der Teilchen: Die Flächen unter den Kurven sind gleich. Begründe, dass Schaum – etwa von einer Limonade, einem Bier oder einem Schaumbad in einer Badewan- ne – eine kleinere Entropie hat als die Flüssigkeit, zu der er sich dann wieder umwandelt. L Im Folgenden findest du einige Ansichten zum Thema, wie man mit einer Kochplatte möglichst energiespa- rend Kartoffeln kochen kann. Überlege, welche der Ansichten richtig ist und welche falsch sind. Ansicht 1: Die Kochplatte auf eine niedere Stufe einstellen. Es dauert länger, aber man spart Energie. Ansicht 2: Die Platte auf größter Stufe laufen lassen. Dadurch geht es am schnellsten, und man muss den Herd am kürzesten eingeschaltet lassen. Ansicht 3: Voll aufdrehen; wenn das Wasser kocht, zurückdrehen, dass es gerade noch weiterkocht. Ansicht 4: Zuerst eine niedere Stufe; wenn das Wasser kocht, voll aufdrehen, um die Kartoffel schnell zu garen. Ansicht 5: Es ist völlig egal, welche Art man wählt. Ob man viel Energie über einen kurzen Zeitraum oder wenig Energie über einen längeren „verbraucht“, es bleibt immer dieselbe Energiemenge, nämlich die, die Kartoffeln zu garen. L An einem sehr kalten Wintertag ( T = –20 °C) verlassen Ellen und ihre Mutter ihr Haus, um für ca. 2 Stunden einen Onkel zu besuchen. Beide wollen Energie sparen, nur sind sie sich über die Art und Weise nicht einig: Ellens Mutter möchte die Heizung laufen lassen, um nicht bei der Rückkehr Energie zum Wiederaufheizen verwenden zu müssen. Ellen will die Heizung abschal- ten, denn je weniger geheizt wird, desto weniger Energie wird verbraucht. Als sie immer noch diskutie- rend bei ihrem Onkel ankommen, meint dieser, dies sei ein „Streit um des Kaisers Bart“, weil beide recht hätten: Genau die Energie, die man sich durchs Ausschalten erspart, muss man beim Wiederaufheizen hineinstecken. Überlege, wer Recht hat? L F12 A2 F13 A2 F14 A2 Abb. 7.11 A2 F15 A1 A2 A2 A2 F16 A2 F17 A2 F18 A2 Nur zu Prüfzwecken – Eig ntum des Verlags öbv